一、簡介

在之前的文章中，我們介紹了synchronized同步鎖關(guān)鍵字的作用以及相關(guān)的用法，它能夠保證同一時刻最多只有一個線程執(zhí)行修飾的代碼段，以實現(xiàn)線程安全執(zhí)行的效果。

但是如果過度的使用synchronized等方式進(jìn)行加鎖，程序可能會出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

那什么是死鎖呢？它有什么危害？

我們知道被synchronized修飾的代碼，當(dāng)一個線程持有一個鎖，其它線程嘗試去獲取這個鎖未獲取到時，那么其它線程會進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到線程釋放鎖才能再次擁有獲取鎖的條件。假如線程 A 持有鎖 L 并且想獲取鎖 R，線程 B 持有鎖 R 并且想獲取鎖 L，那么這兩個線程將會永久等待下去，這種情況就是最簡單的死鎖現(xiàn)象。

如果程序出現(xiàn)了死鎖，會給系統(tǒng)功能帶來非常嚴(yán)重的問題，輕則導(dǎo)致程序響應(yīng)時間變長，系統(tǒng)吞吐量變小；重則導(dǎo)致應(yīng)用中的某一個功能直接失去響應(yīng)能力無法提供服務(wù)，因此我們應(yīng)該及時發(fā)現(xiàn)并避規(guī)這些問題。

當(dāng)然發(fā)生死鎖的軟件應(yīng)用，不僅限于 Java 程序，還有數(shù)據(jù)庫等，不同的是：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中設(shè)計了死鎖的檢測以及從死鎖中恢復(fù)的機(jī)制，數(shù)據(jù)庫如果檢測到一組事務(wù)中發(fā)生了死鎖，將選擇一個犧牲者并放棄這個事務(wù)。

而 Java 虛擬機(jī)解決死鎖問題并沒有數(shù)據(jù)庫那么強大，在 Java 程序中，采用synchronized加鎖的代碼如果發(fā)生死鎖，兩個線程就不能再使用了，并且這兩個線程所在的同步代碼／代碼塊也無法再運行了，除非殺掉服務(wù)，然后重啟服務(wù)！

在實際的軟件項目開發(fā)過程中，死鎖其實是編程設(shè)計上的 bug，問題也比較隱晦，即使通過壓力測試也不一定能找到程序上的死鎖問題。死鎖的出現(xiàn)，往往是在高負(fù)載的情況下產(chǎn)生，這種場景下比較難定位。

二、死鎖復(fù)現(xiàn)

下面我們先來看一個比較經(jīng)典的產(chǎn)生死鎖示例代碼。

public class DeadLock {

    private final Object right = new Object();

    private final Object left = new Object();

    /**
     * 加鎖順序從left -> right
     */
    public void leftRight() throws Exception {
        synchronized (left) {
            // 模擬某個業(yè)務(wù)操作耗時
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (right) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " left -> right lock.");
            }
        }
    }

    /**
     * 加鎖順序right -> left
     */
    public void rightLeft() throws Exception {
        synchronized (right) {
            // 模擬某個業(yè)務(wù)操作耗時
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (left) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " right -> left lock.");
            }
        }
    }
}

public class MyThreadA extends Thread {


    private DeadLock deadLock;

    public MyThreadA(DeadLock deadLock) {
        this.deadLock = deadLock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            deadLock.leftRight();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class MyThreadB extends Thread {


    private DeadLock deadLock;

    public MyThreadB(DeadLock deadLock) {
        this.deadLock = deadLock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            deadLock.rightLeft();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class MyThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        DeadLock deadLock = new DeadLock();

        MyThreadA threadA = new MyThreadA(deadLock);
        MyThreadB threadB = new MyThreadB(deadLock);
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

運行測試類觀察控制臺，你會發(fā)現(xiàn)服務(wù)一直在運行，什么都沒有輸出，并且無法關(guān)閉，因為程序已經(jīng)死鎖了！

圖片

發(fā)生這個現(xiàn)象的原因，其實也很簡單。

1.線程 A 啟動之后，先獲取了left對象鎖，然后緊接著嘗試獲取right對象鎖，因為right對象鎖被其它線程占有，只能進(jìn)入阻塞狀態(tài)

2.線程 B 啟動之后，先獲取了right對象鎖，然后緊接著嘗試獲取left對象鎖，因為left對象鎖被其它線程占有，只能進(jìn)入阻塞狀態(tài)

3.兩個線程互相等待對方釋放鎖，程序進(jìn)入永久等待狀態(tài)，因此都無法進(jìn)入打印方法體

如何定位死鎖問題呢？

我們可以通過 Java 自帶的 jps 和 jstack 工具，查看 java 進(jìn)程 id 和相關(guān)的線程堆棧信息。

定位過程如下！

2.1、通過 jps 獲得當(dāng)前 Java 虛擬機(jī)進(jìn)程的 pid

圖片

左邊的是當(dāng)前 Java 虛擬機(jī)進(jìn)程 ID，后邊是進(jìn)程名稱，其中MyThreadTest就是我們當(dāng)前運行的測試類服務(wù)。

2.2、通過 jstack 查看進(jìn)程中的線程信息

在 jstack 后面輸入對應(yīng)的 java 進(jìn)程 ID，然后回車即可查詢到進(jìn)程中的線程情況，前面的部分，可以很清晰的看到，兩個線程都處于阻塞狀態(tài)，等待獲取對應(yīng)的鎖。

圖片

因為線程的信息比較多，直接滑倒最底部，可以看到 JVM 給出的死鎖報告信息。

圖片

遇到這種情況，只能強制終止服務(wù)才能解除死鎖！

三、避免死鎖的方式

上面我們復(fù)現(xiàn)了死鎖的發(fā)生，總結(jié)下來你會發(fā)現(xiàn)死鎖的產(chǎn)生，總共有四個共同特點：

1.互斥使用，即當(dāng)資源被一個線程占用時，別的線程不能使用

2.不可搶占，資源請求者不能強制從資源占有者手中搶奪資源，資源只能由占有者主動釋放

3.請求和保持，當(dāng)資源請求者在請求其他資源的同時保持對原有資源的占有

4.循環(huán)等待，多個線程存在環(huán)路的鎖依賴關(guān)系而永遠(yuǎn)等待下去，例如 T1 占有 T2 的資源，T2 占有 T3 的資源，T3 占有 T1 的資源，這種情況可能會形成一個等待環(huán)路

這四個特點是死鎖產(chǎn)生的必要條件，只要系統(tǒng)發(fā)生死鎖，這些條件必然成立，只要能破壞其中一條即可讓死鎖消失，當(dāng)然條件一是基礎(chǔ)，不能被破壞。

理解了死鎖的原因，尤其是產(chǎn)生死鎖的四個必要條件，就可以最大可能地避免產(chǎn)生死鎖和解除死鎖。

在軟件編程中，我們?nèi)绾伪苊馑梨i呢？

關(guān)于死鎖的避免，主要有以下幾種方式：

1.盡可能使用無鎖編程，使用開放調(diào)用的編碼設(shè)計

2.設(shè)計時考慮清楚鎖的順序，盡量減少嵌在的加鎖交互數(shù)量

2.盡可能的縮小鎖的范圍，防止鎖住的資源過多引發(fā)阻塞

4.使用定時鎖，比如Lock類中的tryLock方法去嘗試獲取鎖，這個方法支持在指定時間內(nèi)獲取鎖，如果等待超時會返回一個失敗信息，死鎖會自動解除。

對于死鎖的診斷，主要有以下幾種方式：

1.對代碼進(jìn)行全局分析，找出代碼中什么地方會出現(xiàn)死鎖

2.通過線程轉(zhuǎn)儲（Thread Dump）信息來分析死鎖，比如 jstack、jvisualvm、jconsole 等工具

至于死鎖的解除，主要有以下幾種方式：

1.直接強制終止并重啟服務(wù)，如果代碼上的風(fēng)險沒有消除，可能還會再次出現(xiàn)

2.采用定時鎖方案，雖然synchronized不具備這個功能，但是Lock類中的tryLock方法具備，實際編程中采用Lock中的超時機(jī)制進(jìn)行加鎖，應(yīng)用的比較多